近幾年，玻璃鋼產(chǎn)業(yè)在我國的迅速發(fā)展，玻璃鋼產(chǎn)品也在我們周圍逐漸普及，目前世界各國開發(fā)的玻璃鋼產(chǎn)品的種類已達4萬種左右，主要應用在建筑行業(yè)、化學化工行業(yè)、汽車及鐵路交通運輸行業(yè)、船艇及水上運輸行業(yè)、電氣工業(yè)及通訊工程等領(lǐng)域。珠海作為玻璃鋼船艇制造業(yè)的基地，每年生產(chǎn)和制造的船艇上百艘，通過對這些船艇設計和制造過程的檢驗，我們對玻璃鋼材料的特性有了一定的認識和了解，同時，通過對船艇結(jié)構(gòu)設計的審查，對于容易出現(xiàn)的問題，提出了本人的一些見解。
                   
一、玻璃鋼材料的特性

       玻璃纖維增強材料GFRP（Glass fiber reinforced plastics），國內(nèi)在習慣上稱為玻璃鋼，主要成分是以合成樹脂為基體材料，玻璃纖維及其制品為增強材料組成的復合材料.
 

       玻璃纖維的原理就是將融熔態(tài)的玻璃以極快的速度拉制成纖維，拉制的纖維具有一定的柔韌性，可用于紡織成紗或各種形式的玻璃布。玻璃纖維具有的特點是：① 抗拉強度很高，強度與纖維的粗細成反比；② 耐熱性低，250°C以上就開始軟化；③ 化學穩(wěn)定性高，除氫氟酸和濃堿等少數(shù)介質(zhì)外，對絕大多數(shù)化學介質(zhì)都有較好的穩(wěn)定性；④ 脆性較大，伸長率只有3%左右，表面光滑，不易與基體結(jié)合，需經(jīng)表面處理來提高與基體的結(jié)合力。

       玻璃鋼材料因為不是特定物質(zhì)的概念，而是材料使用方法的概念，所以它不受特定材料性能的限制，可以通過選擇不同組合、自由的設計，其產(chǎn)品具有以下優(yōu)點：（1）質(zhì)輕、高強；（2）耐腐蝕、抗海生物附著；（3）絕緣；（4）介電性和微波穿透性好；（5）能吸收高能量，沖擊韌性好；（6）導熱系數(shù)低、隔熱性好；（7）船體表面光滑、可著色彩；（8）整體性好，船體無接縫和縫隙；（9）成型簡便，適宜批量生產(chǎn)；⑽維修保養(yǎng)方便、經(jīng)濟。
      
二、結(jié)構(gòu)設計中應注意的問題

1．應力集中問題

        根據(jù)玻璃纖維材料的拉伸試驗的結(jié)果，我們知道玻璃鋼材料直到破壞都沒有明顯的屈服點，這說明了玻璃鋼的塑性小，沒有金屬的緩和應力作用，所以它在切口、開孔和構(gòu)件間斷附近的應力集中現(xiàn)象更為嚴重。

       玻璃鋼構(gòu)件連接的常用兩種方法有機械連接和膠接連接。對于機械連接，主要在安裝設備、機器等局部地方使用，其優(yōu)點是裝拆方便，檢查容易，缺點是減少了受力面積，產(chǎn)生應力集中，降低接點疲勞強度。根據(jù)實際檢驗中發(fā)現(xiàn)，玻璃鋼層壓板和普通金屬板一樣，當外力作用時將在板材的裝配孔、螺釘槽和階梯周圍產(chǎn)生很高的應力集中。為消除應力集中，在檢驗中應注意切口、開孔和裝配孔周圍要求保證光滑，以及盡量糊制成規(guī)則的幾何形狀。

      膠接連接主要應用在船體結(jié)構(gòu)連接（如層合板對接、骨材和外殼板和甲板的連接、甲板和舷側(cè)板連接、骨材交叉連接以及艙壁與船殼板的連接等），在設計中對縱橫構(gòu)件的連接應分清誰間斷誰連續(xù)，對間斷的構(gòu)件應保持良好的連接，同時考慮如何提高接縫強度，使其達到原結(jié)構(gòu)的強度，同時避免出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象。

2．彈性模量低

      根據(jù)試驗，我們知道玻璃鋼的彈性模量大約為鋼的彈性模量1/10～1/20，如此低的彈性模量造成了玻璃鋼船舶向大型化發(fā)展的一個嚴重障礙，同樣導致常規(guī)鋼船的設計和校核方法不完全適用。

      玻璃鋼主要分為熱固性玻璃鋼和熱塑性玻璃鋼兩類：①熱固性玻璃鋼是以玻璃纖維為增強材料和以熱固性樹脂為基體的復合材料。這種材料具有成形工藝簡單、強度高、密度低、耐腐蝕、介電性高等特點，與熱塑性玻璃鋼相比，耐熱性較高。這類玻璃鋼的主要缺點是彈性模量低，剛性差。②熱塑性玻璃鋼是以玻璃纖維為增強材料和以熱塑性樹脂為基體的復合材料。熱塑性玻璃鋼與熱固性玻璃鋼相比，強度和疲勞性能可提高2~3倍以上，沖擊韌度提高2~4倍，抗蠕變能力提高2~5倍。

      由于玻璃鋼的強度比大、剛性比小。因此，一般玻璃鋼船舶的總長設計盡可能不超過40米，超出以后對船舶的總體剛度、扭轉(zhuǎn)強度、局部強度以及橫向強度都是一種考驗，由于船舶在營運中，除了承受靜水壓力、貨物和油水等靜載荷作用以外，還受到機器運轉(zhuǎn)不平衡力、波浪沖擊和螺旋槳的激振力等動載荷作用，加上玻璃鋼材料的力學性能存在不穩(wěn)定的因素，都可能會造成強度的下降。所以，對大尺度船舶設計時應考慮增強船舶的強度，設法防止變形，通過整體成型、增加剖面模數(shù)、增加加強筋和夾層結(jié)構(gòu)等方法彌補剛性低的缺點。
 

3．材料性能的不穩(wěn)定性

      一般的材料如：陶瓷材料、高分子材料、鐵、銅、金等等。它們都是根據(jù)材料的物質(zhì)成分來分類和定義的。但是，玻璃鋼作為一種復合材料，定義是兩種或兩種以上的物質(zhì)，以物理結(jié)合的方式（各自保持其原有屬性）組成的物質(zhì)，顯然，復合材料沒有什么材料物質(zhì)成分的概念。因此，影響結(jié)構(gòu)設計的一個重要因素就是玻璃鋼力學性能的不穩(wěn)定性（主要表現(xiàn)為強度和彈性性能的下降），這也是我們在現(xiàn)場檢驗應密切注意的。主要表現(xiàn)有：

     （1）玻璃鋼船長期浸泡在水中，表層的膠衣由于破損或老化等原因，使海水沿各種途徑進入玻璃鋼內(nèi)部，導致其力學強度和彈性性能下降（大約20%左右）。

     （2）玻璃鋼船長期暴露在大氣中，經(jīng)受日曬雨淋，出現(xiàn)自然老化現(xiàn)象，也會導致其力學強度和彈性性能下降（大約10%左右）。

     （3）玻璃鋼制品有許多成型方法，如：手工糊制、機械壓制、機械卷制、用纏繞法制做、用拉擠法制做、直接澆注成型、噴（射）注成型、加熱塑制成型等等。但玻璃鋼船建造至今采用最多的仍然是手工糊制工藝成型法，因此玻璃鋼制品的質(zhì)量取決于施工工藝規(guī)程、施工環(huán)境條件和施工工人的技術(shù)水平，安全系數(shù)的確定應考慮工藝因素。雖然依據(jù)我國現(xiàn)行的規(guī)范基本能滿足對現(xiàn)在玻璃鋼船舶的設計和制造過程的檢驗，但對于一些工藝規(guī)程的制定標準并不明確，造成檢驗出現(xiàn)一些困難。為此，我們在檢驗中應詳細審核工廠的施工工藝規(guī)程、施工環(huán)境和工人的持證情況，確保滿足安全的要求。同時建議船廠加大對玻璃鋼船舶制造工藝的研究，或者引進國外一些先進國家的制造工藝，結(jié)合自身的特點，形成自己的工藝規(guī)程，提高手工湖制的工藝質(zhì)量。

三、結(jié)論

       綜上所述，我們可以知道，玻璃纖維作為一種新型的工程材料，在進行玻璃鋼船舶的結(jié)構(gòu)設計時，除了考慮船舶的總體性能（如航速、阻力及強度等方面）和舒適安全等性能外，還應充分考慮上述的因素造成的影響，應根據(jù)材料的特點，合理的利用材料的優(yōu)點，通過設計不同的細觀結(jié)構(gòu)，它被賦予各種各樣的力學性能。正如我們說玻璃鋼的材料性能如同“一張白紙”，可以由你自己去畫出“最新最美的性能圖案”。由于玻璃鋼材料具有如此突出的優(yōu)良性能，因此在船舶制造領(lǐng)域擁有廣闊的應用前景，而且隨著生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展，玻璃鋼的應將越來越廣泛相信在不久的將來，玻璃鋼工業(yè)在我國將會形成一種新興的支柱產(chǎn)業(yè)。